Donnees : mp = 1,67. 10-27 Kg; me = 9 10-31 kg; g = 6,67. 10-11 (S. I.); k = 109 (S. I.)








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titreDonnees : mp = 1,67. 10-27 Kg; me = 9 10-31 kg; g = 6,67. 10-11 (S. I.); k = 109 (S. I.)
date de publication03.04.2018
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1S1 – Mardi 7 octobre 2008

DEVOIR DE PHYSIQUE n°1

Durée : 55 minutes

EXERCICE 1 : l’hélium 4 (10 points)

« L’hélium 4 », dont le noyau est symbolisé par , est un gaz peu dense servant à remplir l’enveloppe des ballons dirigeables. Dans cet atome, une particule du nuage électronique est distante en moyenne du noyau de 55 pm.

  1. Quelles sont les différentes particules élémentaires constituant cet atome ?

  2. Les noyaux d’hélium se rencontrent également sous la forme. Quel nom donne-t-on aux noyaux et .

  3. On s’intéresse dans un premier temps aux forces s’exerçant entre le noyau d’hélium 4 et une particule du nuage électronique.

  1. Calculer la valeur de la force gravitationnelle s’exerçant entre le noyau et une particule du nuage électronique de l’atome d’hélium.

  2. Calculer la valeur de la force électrostatique s’exerçant entre le noyau et une particule du nuage électronique.

  3. Comparer les valeurs de ces deux forces. Comparer les valeurs de ces deux forces. Quelle conclusion peut-on en tirer ?

  1. On considère maintenant les forces s’exerçant entre deux particules chargées à l’intérieur du noyau d’hélium 4. On suppose que la distance entre deux nucléons est en moyenne 1 ,2. 10-15 m.

  1. Calculer la valeur de la force gravitationnelle s’exerçant entre deux nucléons du noyau ?

  2. Calculer la valeur de la force électrostatique s’exerçant entre deux particules chargées du noyau ?

  3. Comparer les valeurs de ces deux forces. Comment expliquer la cohésion du noyau.

DONNEES : mp = 1,67.10-27 Kg ; me = 9,1.10-31 kg ; G = 6,67.10-11 (S.I.) ; k = 9.109 (S.I.)

EXERCICE 2 : Mesure de la masse de la Terre par Cavendish (10 points)

Henry Cavendish (1731 – 1810) physicien britannique, réalise en 1798 une expérience restée célèbre, destinée à peser la Terre !

De petites sphères en plomb appelées « balles », de masse m = 730 g chacune, sont solidaires des extrémités d’un fléau, lui-même suspendu à un support fixe par l’intermédiaire d’un fil de torsion.

Le fléau adopte alors la position d’équilibre (1). Lorsqu’on approche deux grosses boules en plomb appelées « poids » des « balles » à une distance d = 22,0 cm, le fléau adopte alors la position d’équilibre (2). Les « balles » sont en effet soumises à l’attraction de la Terre et à l’attraction des « poids » de masse M = 158 kg.



La mesure de l’angle de déviation α = 0,25°, permit à Cavendish d’en déduire que la valeur de la force s’exerçant entre les « poids » et les « balles » était de 1,59.10-7 N.

  1. Ecrire l’expression de la valeur F1 de la force d’attraction gravitationnelle qu’exerce la Terre sur chaque « balle », en fonction de G, MT, m et RT en précisant les unités des différentes grandeurs.

  2. Donner une autre expression de la valeur de F1 d’attraction exercée par la Terre sur chaque balle en fonction de m et g en précisant les unités des différentes grandeurs. Calculer la valeur de F1.

  3. Ecrire l’expression de la valeur de la force d’attraction F2 exercée par les poids sur les balles, en fonction de m, M, d et G.

  4. Exprimer le rapport en fonction de RT, d, MT et M.

  5. En déduire l’expression littérale de la masse de la Terre MT. Calculer sa valeur.

  6. En utilisant les résultats expérimentaux de Cavendish, exprimer puis calculer la constante gravitationnelle G.

DONNEES : RT = 6380 km ; Distance (centre à centre) entre le poids et la balle : d = 22,0 cm ; g=9,81 N/Kg

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